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研究恒星系统中的放射性铝可以解开形成的秘密

包括德克萨斯大学奥斯汀分校的斯特拉·奥夫纳(Stella Offner)在内的一个国际天文学家小组提出了一种新的方法来研究正在形成行星的恒星系统中铝-26的形成。由于铝26的放射性衰变被认为是行星的组成部分——星子——的热源,所以对天文学家来说,了解铝26的来源非常重要。他们的研究发表在最新一期的《天体物理学杂志》上。

“像铝这样的原子和它的放射性同位素铝-26允许我们对太阳系进行‘考古’,”奥夫纳说。“令人兴奋的是,今天不同原子的丰度可以为数十亿年前太阳系的形成提供线索。”

自从1976年在阿连德陨石中发现铝-26以来,天文学家们一直在争论早期太阳系中大量铝-26的起源。有些人认为它是由超新星爆炸和大质量恒星的风吹来的。然而,这些情况需要很大的可能性:我们的太阳和行星必须在与大质量恒星的正确距离形成,这是相当罕见的。

奥夫纳的团队提出了一个不需要外部消息来源的解释。他们提出铝-26是在年轻的太阳周围行星形成盘的内部靠近太阳的地方形成的。当物质从盘的内缘掉落到太阳上时,它产生了冲击波,产生了被称为宇宙射线的高能质子。

宇宙射线以接近光速离开太阳后,猛烈撞击周围的圆盘,与同位素铝-27和硅-28碰撞,将它们变成铝-26。

由于铝-26的半衰期非常短,只有大约77万年,所以在太阳系第一个固体物质凝结之前不久,它肯定已经形成或混入了年轻的太阳周围的行星形成盘中。它在像地球这样的行星的形成过程中扮演着重要的角色,因为它可以通过放射性衰变提供足够的热量,从而产生内部分层的行星体(就像地球的实心内核,顶部是岩石地幔,上面是薄地壳)。铝-26的放射性衰变也有助于使早期的星子变干,从而产生缺水的岩石行星。

在我们太阳系最古老的天体,彗星和小行星中,铝-26与铝-27同位素的比例似乎相当稳定。自从在陨石(小行星上的碎片)中发现铝-26以来,大量的努力被用于寻找它进入我们早期太阳系以及铝-26和铝-27之间固定比例的合理解释。

Offner的团队将他们的研究集中在太阳形成的一个过渡时期:当年轻恒星周围的气体逐渐耗尽,落在太阳上的气体数量显著减少。几乎所有的年轻恒星都在过去几万到几十万年的形成过程中经历了这种转变。

当我们的太阳形成时,注入的气体沿着磁场线到达太阳表面。这产生了强烈的冲击波,即“吸积冲击”,加速了宇宙射线。这些宇宙射线向外流,直到它们撞上行星形成盘中的气体,并引起化学反应。科学家们为这个过程计算了不同的模型。

“我们发现,低的吸积速率能够产生太阳系中存在的铝-26的数量和铝-26与铝-27的比率,”该论文的主要作者,德国科隆大学的Brandt Gaches说。

这个被提出的机制一般适用于大范围的低质量恒星,包括类太阳恒星。正是在这些星系中,天文学家发现了目前已知的大部分系外行星。

Gaches总结道:“宇宙射线在形成年轻恒星的过程中因吸升而加速,这可能为铝-26在许多行星系统中富集提供了一般途径。如果通过冲击波的加速机制能在恒星形成过程中被观察到,那将是一个重大的问题。”

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